1、 毕业论文第 1 页 共 67 页用单片机控制的干电池充电器摘要: 本文介绍了一种用单片机控制的干电池充电器的设计过程。该充电器基于 Microchip 公司的 PIC12F683 单片机为控制核心，将PIC12F683 特有的模拟电路模块、高精度 A/D 转换、以及高速PWM 等功能运用到充电控制中，详细讲述了其硬件和软件的设计过程.关键词：碱性干电池 充电器 A/D 转换器 单片机 PIC12F683 PWM 控制Use single chip microcomputer controlling the dry battery chargerAbstract: This text intr
2、oduced the design process of a dry battery charger for with machine of single chip microcomputer controlling .That chargers core is base on Microchip companys single chip microcomputer of PIC12F683 ,special emulation electric circuit mold of PIC12F683 piece, high accuracy A/ D conversion, and super-
3、speed PWM etc. function make use ofing refreshing in the control, detailedly relating its hardware with software of single slice. Key Words: Alkaline dry battery The charger The A/D convertsSingle chip microcomputer of PIC12F683 PWM control前 言 .3毕业论文第 2 页 共 67 页第 1 章 绪 论 .41.1 PIC 单片机 .41.1.1 PIC 系列
4、单片机的优点 .51.1.2 所用的 PIC12F683 单片机 .61.1.3 PIC12F683 的一些主要功能模块 .71.2 所用 PIC12F683 的合理性与必要性 .111.3 充电技术概述 .11第 2 章 MPLAB 集成开发环境软件包 .122.1 MPLAB 软件介绍 .132.2 MPLABICD 在线调试工具套件及其应用 .142.3 MPLABICD 套件中包含以下几种部件： .15第 3 章 对充电器的具体设计 .153.1 关于干电池的充电器 .153.1.1 碱性干电池的特点 .163.1.2 可再充干电池的条件 .163.2 硬件电路设计 .163.2.1
5、设计思想 .163.2.2 硬件电路分析 .173.2.3 充电过程分析 .213.3 软件设计 .233.3.1 单片机输入/输出口作用 .233.3.2 程序功能及实现方法 .233.4 软件流程图（见附录四） .243.5 软件编程（见附录五） .24第 4 章 其它方面 .254.1 该产品特点 .254.2 使用方法 .25毕业论文第 3 页 共 67 页4.3 应用前景 .26第 5 章 结束语 .265.1 实验结果及结论 .265.2 所得体会 .26致谢 .27参 考 书 目 .28附录一：开题报告 .29附录二：中期报告 .31附录三：英文资料 .33附录四：英文翻译 .5
6、0附录五：软件流程图： .61附录六：程序 .62前 言随着便携式设备不断小型化、轻量化和高性能化，作为其电源的二次电池的使用率日益提高。如今，废旧电池的处理已日益成为环境保护部门的一项重要工作，众所周知，废电池会对我们的自然环境造成很大的污染，而可对碱性干电池充电的充电器的使用，会大大减少废旧电池的产生量，因为普通电池如果质量合格，可毕业论文第 4 页 共 67 页以用该充电器进行反复充电，且充电时间少节省耗电量。经过上个世纪的发展，电池及其保护电路技术日趋成熟，如今应用在很多应用领域，采用干电池作为电源的产品越来越多，这一方面要归功于干电池的优良特性，另一方面也是由于采用单片机控制的干电池
7、可以降低系统复杂度和综合成本。 本文所用的单片机为美国 Microchip 所生产的 PIC 系列的 8 位单片机。它是业内首先采用 RISC 结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度，低电压工作，低功耗，强大驱动能力，低价 OTP 技术，体积小巧等都体现了单片机工业的新趋势。PIC 单片机从覆盖市场的角度出发，发展出三个层次系列多种型号的产品来满足不同的产品设计需求。PIC 单片机总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛（Harvard ）结构，具有很高的流水处理速度。它的精简指令集结构(RISC) 基本上使它所有得知另都是单字节，因此其程序空间的效率比一般单片机高很多。PIC 单片机已经是世
8、界上最具有影响力的嵌入式微控制器之一。第 1 章 绪 论1.1 PIC 单片机 提到单片机，有人这样说， “凡是能想到到的地方，单片机都可以用得上”这并不夸张。全世界单片机的年产量已亿计，应用范围很广，花样也很多。如应用于电信，家用电器，计算机外围设备，办公自动化，工业控制，商用电子，玩具，仪器仪表，汽车电子，军用电子等一些典型的应用领域或场合。毕业论文第 5 页 共 67 页单片机应用的意义不仅仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还在于它从根本上改变了传统的控制设计思想和设计方法。从前，必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件编程的方法实现。这种以
9、软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全新的概念，随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展和日趋完善，而单片机的应用则必将更加深入，更加广泛。1.1.1 PIC 系列单片机的优点PIC 系列单片机是美国 Microchip 公司所生产的单片机，他的硬件系统设计简洁，指令系统设计精练。PIC 它的主要优点为：(1)：哈佛总线结构： 即在芯片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度。这样做的好处是便于实现指令提取的“流水作业” ，也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作：便于实现全部指令的单子节化，单周期化，从而有利于提高 CPU 执
10、行指令的速度。在一般的单片机中，指令总线和数据总线是共用的（即分时复用） 。(2)：指令单字节化因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器 ROM 和数据存储器 RAM 的寻址空间是互相独立的，而且两种存储器宽度也不同。这样设计不仅可以确保数据的安全性，还能提高运行速度和实现全部指令的单字节化。(3)：精减指令集技术PIC 系列单片机的指令系统只有 35 条指令。不仅全部指令均为单字节指令，而且绝大多数指令为单周期指令，以利于提高执行速度。(4)：寻址方式简单寻址方式就是寻找操作数的方法。PIC 系列单片机只有中寻找方式：即寄存器间接寻址，立即数寻址，间接寻址和位寻址
11、。毕业论文第 6 页 共 67 页此外，PIC 单片机还有许多优点：如代码压缩率高，运行速度快，功耗低，驱动能力强，外接电路简洁等。1.1.2 所用的 PIC12F683 单片机PIC12F683 单片机是 8 位单片机，仅有 8 个引脚,其内部结构的功能框图如下图所示：该产品是 PIC 基本级之一，其特点是低功耗、多功能、高性能、体积小和售价低廉。因该产品体积小，所以它们可以嵌入几乎任何一种电子产品中，特别是便携式电子产品，如各种 IC 卡、电子身份牌、照相机、充电器、计时器、智能传感器、灯光调节器、儿童玩具等等，都已得到了广泛的应用。特别适于批量的电子产品使用。主要功能：高性能 RISC
12、结构 CPU；精简指令集仅 33 条单字节指令，易学易用；执行速度快；八级深度的硬件堆栈；直接/间接/相对三种寻址方式。带有预分频器；驱动力强，I/O 口可直接驱动数码管 LED 显示；内置上电复位电路(POR)以保证复位正常；内置自振式看门狗，防止程序死锁；程序保密毕业论文第 7 页 共 67 页位；防止程序代码非法拷贝；低功耗睡眠功能；内置 RC 型振荡器。电源的温度特性：工作电压 2.0V5.5V；低功耗睡眠(Sleep)模式；时钟频率低，功耗小。PIC12F683 引脚全功能图如下图所示：1.1.3 PIC12F683 的一些主要功能模块（1）TIMER0 模块TIMER0 模块定时/
13、计数器有以下特征：8 位定时器/计数器； 可读可写； 8 位软件编程预分频器；内/外部时钟选择； FFH00H 溢出时断； 外部时钟沿选择；TIMER0 运行TIMER 工作模式由 TOCS 位（OPTION5 ）决定，在这种方式下，每通过一指令周期，TOMR0 加 1（不用预分频器条件下） 。在写 TMR0 时，递增会延迟 2 个指令周期发生，这个问题可通过调整 TMR0 的写入值来解决。计数器方式可通过置“1”TOSC 位来选定，在这种方式下，TMR0 在每个GP2/TOCK1 的上生/ 下降沿递增。上升 /下降沿选择由 TOSE 位（OPTION 4 ）来确定。TOSE 位为“0”则选择
14、上升沿， “1”则选择下降沿。TIMER0 中断当 TIMER0 从 FFH 到 00H 溢出时将产生中断。这是相应的中断请求标志位 TOIF（INTCON2 ）被置“1” 。清零 TOIF 位（INTCON5 ）可屏蔽这一中断，在重新允许中断之前，TOIF 位必须由 TMR0 中断服务子程序用软件毕业论文第 8 页 共 67 页清零。由于在睡眠状态下 TMR0 不工作，所以 TMR0 中断不能将芯片从睡眠状态唤醒。（2）外部时钟用于 TIMER0当外部时钟用于 TMR0 时，它要与内部时钟同步，所以，外部时钟须符合一定要求。计数脉冲在预分频器后实现同步。在每个指令周期，预分频器的输出被自动采
15、样两次 Q2 和 Q4 周期以检测上升或下降沿。当不用预分频器时，预分频器的输出与 TMR0 时钟输入一样，要求加在TOCK1 端的脉冲信号的高，低电平持续时间都必须大于 2TOSC。（3）预分频器预分频器是一个分频比率可编程的 8 位计数器，或作为看门狗定时器的后分频器，预分频器是通过控制 PSA 位进行软件控制。PSA 位清零将使预分频器作用于 TIMER0，预分频器的选择位：PS2 ：PS0 预处理器不可读写。（4） 带有门控制的 TIMER1 模式PIC12F683 是一个 16 位定时器，TIMER1 的特征如下：16 位定时器/计数器； 可直接读写； 内外部时钟选择；从 FFFFH
16、 到 0000H 溢出时中断； 唤醒溢出；选择外部使能端输入； 选择 LP 振荡器毕业论文第 9 页 共 67 页TIMER1 控制寄存器，如图 6-1 所示，常用做使能/非使能的 TIMER1 和选择不同特征的 TIMER1 模式。TIMER1 模式的运行TIMER1 能在下面三个模式之一下运行：带有预分频器的 16 位定时器； 16 位同步记数方式； 16 位异步记数方式；在定时器方式下，TIMER1 在每个指令周期递增加 1，在计数器方式下，TIMER1 在每个外时钟输入的上升沿增加 1。此外，计数器模式时钟对于微系统控制能够进行同步或异步计数方式。在计数和定时模式下，TIMER1 的门
17、能够打开计数器 /定时器时钟的门，他能够选择用 TIG/管脚还是比较输出。如果需要外部时钟振荡器，TIMER1 能够使用 LP 振荡器作为一个时钟源。TIMER1 中断TIMER1 寄存器（TMR1H：TMRIL）从 0000H 递增到 FFFFH 然后在转回到 0000H。当相应的中断被使能时，可以产生溢出中断。溢出中断标志位为TMR1IF（PIR10 ） ，相应的中断使能位为 TMR1IE（PIE10 ） 。TIMER1 预分聘器TIMER1 在时钟输入时可产生四个分频：1，2， 4，8。TICKPS 位(TICON)控制着预分频计数器。预分频计数器不可直接读写，然后，预分频计数器在写到
18、TMR1H 或 TMR1L 时被清零。TIMER1 在异步计数器模式下操作如果位 TISYNC(TICON)置“1” ，TIMER1 在异步计数器方式下工作。外部时钟输入不同步并异步递增。自睡眠期间，定时器仍可继续运行，在溢出时产生中断，这个中断能够环形处理器，在异步方式下，读写定时器时需要特别注意。（5） TIMER2 模块TIMER2 模块定时器具有如下特征：8 位定时器； 8 位周期寄存器（PR2） ； 可读写两个寄存器；毕业论文第 10 页 共 67 页软件编程预分频器（1:1, 1:4, 1:16） ； 软件编程后分频器（1:1-1:16 ）;TMR2 带有 8 位周期寄存器的中断T
19、IMER2 是带有预分频器和后分频器的 8 位定时器，它能用作 CCP 模块的PWM 模式下 PWM 的时基。TMR2 寄存器是可读写的，任何复位都将其清零。TMR2 的匹配输出通过一个 4 位后分频器产生一个 TMR2 中断，中断标志位为TMR2IF(PIR1)。相应的中断使能位是 TMR2IE(PIE).（6） 捕捉器/比较器/PWM 模块（CCP 模块）每个捕捉器/比较器/PWM 模块都包含一个 16 位的寄存器，这个寄存器可以作为：16 位捕捉寄存器；16 位比较寄存器；PWM 主从运行周期寄存器捕捉器/比较器/PWM 寄存器(CCPR1) 是由两个位寄存器组成，即CCPR1L（低位字
20、节）和 CCPR1H(高位字节)。CCP1 控制寄存器 CCP1CON 控制 CCP1 的运行。比较相等时，将产生特别触发事件并对 TIMER1 复位。捕捉器模式在捕捉器模式时，当下述事件之一发生在引脚 CCP1 上时，CCPR1H:CCPR1L 将会捕捉 16 位 TMR1 寄存器的值。通过控制位COP1CON来选择下列事件：每个下降沿； 每个上升沿； 每 4 个上升沿； 每 16 个上升沿当发生捕捉事件时，中断请求标志位 CCPIF(PIR1)被置“1” ，中断标志位必须用软件清零。如果寄存器 CCPR1 里的值被读之前发生了另外一个捕捉事件，那末就的捕捉值将会丢失。在捕捉方式时，要对相应的 TRIS 位置“1”将 CCP1 引脚设置为输入。如果 CCP1 引脚被设为输出，任一个写端口的操作将导致捕捉误发生。在捕捉器方式中，TIMER1 必须工作在定时器方式或者同步计数器方式下，在异步计数器方式下，捕捉器不工作。在运行中改变捕捉方式时，将有可能产生一个错误的捕捉中断，为避免这一点，应将 CCP1IE(PIE1)为清零，同样在运行中，任何这样的变化之后也应该对标志位 CCP1IF 清零。比较器模块在比较器模式中，16 位 CCPR1 寄存器的指不断的和 TME1 寄存器的值相
